Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Пресняков Олег Александрович. Система структурного восстановления и геометрической обработки космических изображений от видеодатчиков сканового принципа действия : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.01 / Пресняков Олег Александрович; [Место защиты: Рязан. гос. радиотехн. акад.]. - Рязань, 2007. - 145 с. : ил. РГБ ОД, 61:07-5/5187

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

1. Анализ проблемы геометрической обработки скановых изображений ...10

  1. Геометрические модели формирования и коррекции сканерных изображений 10

  2. Анализ технологий геометрической обработки скановых изображений 19

1.3. Направления исследований 25

Основные результаты 28

2. Математические модели формирования и структурного восстановления
скановых изображений
31

  1. Модель формирования структурно восстановленного изображения ....31

  2. Характерные структурные искажения изображений от датчиков сканового принципа действия 39

  3. Математическая модель структурного восстановления скановых изображений 42

  4. Аппроксимация функций структурного восстановления 47

  5. Структурное восстановление скановых изображений с учетом рельефа местности 54

Основные результаты 57

3. Алгоритмы и технологии уточнения параметров структурного
восстановления скановых изображений на основе их корреляционного
анализа
59

  1. Анализ методов идентификации изображений земной поверхности ....59

  2. Аналитико-регрессионная технология оценки параметров структурного восстановления 72

  1. Уточнение установочных параметров оптоэлектронных преобразователей в датчиках сканового типа 79

  2. Полиномиальная модель остаточных геометрических искажений...83

  3. Кусочно-полиномиальные модели

остаточных геометрических искажений 87

3.6. Структурное восстановление изображений, содержащих
межстрочные смещения 93

Основные результаты 99

4. Реализация системы и технологий структурного восстановления
и геометрической обработки скановых изображений
101

  1. Выделение связных контуров на плохо идентифицируемых областях скановых изображений 101

  2. Алгоритмы кусочно-билинейной и кусочно-линейной геометрической обработки скановых изображений 107

  3. Организация вычислительного процесса кусочно-линейной геометрической обработки скановых изображений 116

  4. Принципы построения системы структурного восстановления

и геометрической обработки скановых изображений 119

Основные результаты 125

Заключение 127

Список литературы 130

Приложение 143

Введение к работе:

Актуальность работы. Системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) находят эффективное применение во многих отраслях народного хозяйства: гидрометеорологии, контроле окружающей среды, геологии, сельском и лесном хозяйствах, военной разведке и др. Однако в исходном виде изображения, формируемые с помощью различных систем ДЗЗ, не могут быть использованы по назначению, поскольку имеют значительные геометрические искажения по отношению к объектам наблюдаемой сцены. Первоочередной задачей при наземной обработке видеоданных является их геометрическая коррекция с целью получения изображений, по которым становится возможным с высокой точностью измерять геометрические характеристики объектов земной поверхности - геодезические координаты, длины, углы, площади и др.

Основными характеристиками систем ДЗЗ являются их разрешающая способность и полоса обзора. Традиционно улучшение этих характеристик осуществлялось путем разработки видеодатчиков с повышенным числом фотоприемных элементов. Такие датчики, как правило, конструировались на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС-линеек) с максимально возможным числом светочувствительных элементов. Это очень длительный и трудоемкий технологический путь, следуя по которому нельзя удовлетворить растущие требования потребителей к разрешающей способности и полосе обзора съемки. Поэтому в последние годы в практику дистанционного зондирования стали активно внедряться видеодатчики сканового типа (системы ДЗЗ «Аркон», «Terra», «LandSat», «Монитор-Э», «Ресурс-ДК» и др.). Такие датчики строятся с использованием двух подходов.

При первом подходе в фокальной плоскости датчика в поперечном направлении относительно траектории полета спутника устанавливаются несколько ПЗС-линеек с небольшим перекрытием полей обзора. В результате периодического опроса в процессе движения спутника каждая ПЗС-линейка формирует изображение в виде так называемого скана. Соседние сканы имеют различные смещения в кадровом (вдоль полета спутника) и небольшое перекрытие в строчном направлениях (вдоль направления размещения ПЗС-линеек). В данном случае достигается многократное повышение эффективной полосы обзора датчика.

При втором подходе изображение формируется ПЗС-линейкой, установленной вдоль направления полета спутника, путем периодического перемещения сканирующих лучей фотоприемников в поперечном направлении, обычно это осуществляется с помощью вращающегося или качающегося зеркала. В данном случае изображение состоит из горизонтальных перекрывающихся полос (сканов).

Характерной особенностью скановых изображений, формируемых в процессе полета спутника, является изменение по сложным законам перекрытия сканов, которое зависит от многих факторов: параметров орбиты и углов ориентации спутника; режимов работы сканера (маневры спутника и программное отклонение поля зрения датчика); рельефа местности и др. Действие этих факторов приводит к нарушению структуры изображения в виде геометрических разрывов объектов наблюдаемой сцены вдоль линии соприкасания сканов.

В связи с этим остро стоит проблема получения из отдельных перекрывающихся сканов единого непрерывного изображения в заданной картографической проекции. Решению этой задачи посвящена настоящая диссертационная работа.

Степень разработанности темы. Вопросы геометрической коррекции структурно непрерывных (не скановых) изображений достаточно широко освещены в трудах Арманда Н.А., Асмуса В.В., Журкина И.Г., Злобина В.К., Лу-кьященко В.И., Лупяна Е.А., Полищука Г.М., Чернявского Г.М., Kronberg Р., Pratt W., Rosenfeld А. и других отечественных и зарубежных ученых. Работы этих авторов составляют научно-методическую основу для решения задач, поставленных в диссертации.

Впервые попытка сформулировать и решить задачу геометрической коррекции скановых изображений сделана разработчиками аппаратуры ЕТМ, установленной на космической системе «LandSat» (США). В печати имеются сообщения, что наземными центрами осуществляется геометрическая обработка изображений от этого датчика. Однако алгоритмы и технология решения этой задачи не представлены ни в технической документации, ни в публикациях.

В нашей стране датчик сканового типа, включающий 64 ПЗС-линейки с перекрывающимися полями обзора, впервые реализован в рамках системы ДЗЗ «Аркон». Технология, разработанная для обработки изображений от этого датчика, предполагает участие оператора при совмещении изображений отдельных сканов, и поэтому характеризуется низкими производительностью и уровнем автоматизации.

В настоящее время в России спроектированы системы ДЗЗ «Монитор-Э», «Ресурс-ДК» и др., в которых используются датчики сканового типа, основанные на различных принципах действия. Возникла необходимость создания технологии обработки скановых изображений, не зависящей от конкретных реализаций датчиков и условий их эксплуатации. В рамках космических проектов «Океан-О», «Аркон», «Монитор-Э» и «Ресурс-ДК» Рязанским государственным радиотехническим университетом при участии автора разработаны методы и технологии обработки изображений от этих систем. В настоящей диссертации представлены результаты исследований в части решения задачи геометрической коррекции скановых изображений.

Цель диссертации состоит в разработке алгоритмов, информационных технологий и программной системы высокоскоростной прецизионной геометрической обработки скановых изображений, получаемых от датчиков различного принципа действия.

Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:

аналитическое описание процессов формирования скановых изображений, максимально ориентированное на последующую прецизионную коррекцию видеоданных;

разработка математической модели, технологии и алгоритмов пространственно-временного восстановления скановых изображений от датчиков различного принципа действия;

разработка алгоритмов и технологии получения из отдельных сканов единого непрерывного изображения в заданной картографической проекции;

проектирование программной системы геометрической обработки скановых изображений.

Научная новизна работы предопределяется тем, что в практику ДЗЗ в последние годы стали активно внедряться принципиально новые видеодатчики сканового принципа действия. Процесс формирования скановых изображений сопровождается действием специфичных детерминированных и случайных искажающих факторов. Это потребовало адекватного аналитического описания процесса скановой съемки, проектирования алгоритмов и технологий обработки видеоданных от датчиков сканового типа.

На защиту выносятся следующие новые научные результаты:

математическая модель пространственно-временного восстановления скановых изображений, основанная на аналитическом описании функционирования виртуального датчика не сканового принципа действия с той же полосой обзора;

математическая модель геометрического соответствия элементов исходных сканов и структурно восстановленного изображения, позволяющая организовать высокоскоростную технологию геометрической коррекции видеоданных при заданной точности обработки;

алгоритмы компенсации случайных остаточных искажений, основанные на корреляционном анализе перекрывающихся частей сканов и сопоставлении с опорными изображениями и электронными картами;

алгоритмы и информационная технология преобразования скановых изображений в картографическую проекцию, основанные на использовании преимуществ прямого и обратного законов координатного соответствия и обеспечивающие высокие скорость и точность обработки;

результаты анализа влияния различных искажающих факторов на точность структурного восстановления скановых изображений, на основе которых построены адекватные модели формирования скановых видеоданных.

Практическая иенность работы состоит в том, что на базе предложенных моделей, алгоритмов и технологий разработан ряд программных систем структурного восстановления и геометрической обработки скановых изображений - системы OrthoScan, PlanetaMeteo, NormScan, OrthoNormScan и др. Эти системы использованы для обработки данных от космических аппаратов «Ар-кон», «Terra», «Монитор-Э» и «Ресурс-ДК».

Реализация и внедрение. Диссертационная работа выполнена в Рязанском государственном радиотехническом университете в рамках гранта Российского Фонда фундаментальных исследований (проект № 05-01-08004), НИР № 2-ОЗГ, НИР № 13-ОЗГ, ОКР 4-00, ОКР № 20-03. Результаты диссертационной работы в виде математического и программного обеспечения внедрены в ФГУП «НИИ точных приборов» и Научно-исследовательском Центре космической гидрометеорологии «Планета», что подтверждается актами.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 7 международных и 8 всероссийских научных конференциях: международных конференциях «Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика» (Рязань-2000, 2003 - 2 доклада, 2007 - 3 доклада); международных конференциях «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань-1999, 2001 - 2 доклада, 2002 - 2 доклада, 2005); всероссийских конференциях «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань-1999, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2007); всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (Москва-2003).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 26 работ: 4 статьи, 20 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях, разделы в двух отчетах по НИР, прошедших госрегистрацию.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст работы содержит 126 стр., 43 рисунка и 8 таблиц. Список литературы на 13 стр. включает 121 наименование. В приложении на 2 стр. приведены акты внедрения результатов.

Подобные работы
Антошкин Сергей Александрович
Программно-алгоритмическое обеспечение сжатия и восстановления сигналов в системах обработки информации при значительных ограничениях на ресурсы : На примере обработки кардиосигнала
Чижов Илья Игоревич
Разработка новых методов и алгоритмов компьютерной обработки данных при сжатии-восстановлении музыкальных файлов в информационно-телекоммуникационных системах
Белов Иван Юрьевич
Разработка структуры и алгоритмов функционирования системы радиочастотного обнаружения ближнего радиуса действия для высокоскоростных носителей
Иосифов Дмитрий Юрьевич
Динамические модели и алгоритмы восстановления сигналов измерительных систем с наблюдаемым вектором координат состояния
Волосников Андрей Сергеевич
Нейросетевые модели и алгоритмы восстановления сигналов динамических измерительных систем
Бизяев Михаил Николаевич
Динамические модели и алгоритмы восстановления динамически искаженных сигналов измерительных систем в скользящем режиме
Попов Иван Григорьевич
Разработка вариационных алгоритмов восстановления входных сигналов конечной длительности в линейных системах
Кузнецов Василий Иванович
Методы обработки информации об остаточном ресурсе, восстановлении и утилизации технических объектов для продления их безопасной эксплуатации
Кудряшов Павел Павлович
Алгоритмы обнаружения лица человека для решения прикладных задач анализа и обработки изображений
Цой Юрий Робертович
Нейроэволюционный алгоритм и программные средства для обработки изображений

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net